Física e Conservação do Solo: Equação Universal de Perda do Solo (USLE)

Física e Conservação do Solo e da água Equação Universal de Perda do Solo USLE objetivos de aprendizagem Ao término desta aula vocês serão capazes de aprender a calcular e interpretar a equação de perda de solo compreender como os modelos matemáticos podem ajudar no dia a dia do engenheiro Bemvindosas à nossa quinta aula Nós já conseguimos abordar metade do conteúdo sugerido para esta disciplina Agora vamos conhecer e entender mais a fundo a equação Universal de Perda do Solo USLe ela permite estimar a erosão sob variadas condições de uso e cobertura do solo declividade comprimento de rampa tipos de solo e chuva por meio da elaboração de mapas temáticos representa um importante instrumento de investigação sobre o processo erosivo e permite a compartimentação da paisagem em níveis de instabilidade Quando aplicada por meio de softwares livres e gratuitos com uso de imagens também gratuitas reduz consideravelmente os gastos durante a execução do estudo então vamos à aula Bons estudos 5º Aula 33 Seções de estudo 1 equação revisada Universal de Perda de Solo rUSLe 2 Aporte de sedimentos e assoreamento 1 Equação Revisada universal de Perda de Solo RuSlE A erosão do solo tem duas causas principais a água e o vento em regiões úmidas a água é o fator mais importante na erosão Nos estados Unidos a média de erosão é de 14 thaano sendo 8tonhaano devido à água e 6 thaano devido ao vento No processo de erosão é importante a equação Universal de Perda de Solo chamada de rUSLe Universal Soil Loss Equation conforme Foster 1982 apud riGHetO 1998 p 749 Atualmente temos a equação revisada Universal de Perda de Solo a rUSLe e a rUSLe2 iremos nos ater a rUSLe que é um desenvolvimento na aplicação da rUSLe com critérios para o cálculo dos coeficientes da equação O modelo mais conhecido para estimar a perda do solo pela erosão hídrica é a rUSLe que foi desenvolvida por Wischmeier e Smith em 1965 conforme Paiva 2001 o maior propósito da equação rUSLe é servir como guia sistemático no planejamento da conservação do solo A Equação da RUSLE é A R K L S C P Sendo A perda anual de solo do solo tonhaano devido ao escoamento superficial r fator de erosividade No estado de São Paulo por exemplo r varia de 575 a 800 MJhammh K fator de erodibilidade que varia de 003 a 079 tonMJha mmh LS fator de declividade e comprimento de encosta adimensional c fator de prática de cultura variando de 0001 a 10 adimensional P fator de prática de cultura contra erosão que varia de 03 a 10 adimensional Fator de erosividade R r fator de erosividade da chuva MJhammh existe um mapa de isoerosividade de Mato Grosso do Sul onde aparecem os valores de r Para Dourados por exemplo é em torno de r 6000 MJhammh Figura 1 erosividade média anual para o estado de Mato Grosso do Sul Fonte organizada pelo autor 34 Física e Conservação do Solo e da água O fator de erosividade da chuva r é um índice numérico que representa o potencial de chuva e de enxurrada para provocar erosão em uma área sem proteção A perda de solo provocada por chuvas numa área cultivada é diretamente proporcional ao produto da energia cinética da chuva pela sua intensidade máxima em 30 minutos esse produto é denominado de índice de erosão ei30 A média dos valores anuais de ei30 de um longo período de tempo mais de vinte anos é o valor do fator de erosividade da chuva r O valor r pode ser calculado de dados de pluviômetros segundo modelo proposto por Lombardi Neto e Moldehauer 1992 apud rUFiNO 1986 PAiVA et al 1999 EI 6886 x Pm2P085 Sendo P precipitação média anual mm Pm precipitação média mensal mm ei média mensal do índice de erosão em MJmmhha R ΣEI Fator de erodibilidade do solo K K fator de erodibilidade do solo tonMJmmh conforme righetto 1998 o fator de erodibilidade do solo K é a taxa de perda do solo por unidade de erosividade da chuva para um local de referência correspondente a um determinado solo e a uma área de encosta de comprimento igual a 221m e declive uniforme de 9 É necessária a percentagem de areia de silte e de matéria orgânica para se achar o valor de erodibilidade K Há vários métodos para se achar o valor de K Um deles é consultar a tabela de Fator de erodibilidade K observando que com o aumento da matéria orgânica diminui o fator de erodibilidade do solo Não se recomenda a extrapolação para valores da quantidade de matéria orgânica maior que 4 tabela 1 Fator de erodibilidade K do solo tonMJ hammh Fonte Wanielista 1978 apud MAYS 2001 conforme Jones Kowalski e Shaw 1996 o valor de K representa a susceptibilidade do solo a erosão e a quantidade de runoff A textura do solo a matéria orgânica a estrutura e a permeabilidade determinam a erodibilidade de um solo em particular Os valores K podem ser apresentados na Quadro 1 Quadro 1 Valores de K de acordo com o tipo de solo Fonte organizado pelo autor Outro método é usar um nomograma de Wischmeier que está na Figura 2 Nele precisamos da distribuição granulométrica do solo onde consta a quantidade de areia silte e argila e da matéria orgânica Vejamos Figura 2 Nomograma de Wischmeier para a determinação K Fonte Righeto 1998 Fator topográfico LS O fator topográfico LS combina dois fatores L função do comprimento da rampa e S função da declividade média conforme righetto 1998 o produto LS é fornecido pela equação de Bertoni LS 000984 S118Lx063 Sendo LS fator topográfico S declividade média da encosta sendo S 35 Lx comprimento da rampa m sendo 10m L 180m Não há precisão nos cálculos quando a rampa tiver mais que 180m ou quando a declividade da rampa for maior que 35 35 Fator C c fator de práticas de cultura Quando feita a rUSLe somente para culturas de plantações e depois foi expandido o método para outras áreas como de mineração achase c usando a seguinte tabela tabela 2 Fator de práticas do uso da terra Fonte Righeto 1998 É importante observar que quando temos solo gramado o valor da c da prática de cultura é 0001 que é um valor baixo o que mostra que os gramados funcionam muito bem contra a erosão dos solos Fator P P fator de prática contra a erosão conforme righeto 1998 as práticas de conservação do solo podem reduzir enormemente a perdas do solo técnicas de terraceamento faixas de contorno niveladas e cordões de vegetação permanente devem ser utilizados no manejo dos solos sujeitos a fortes erosões A seguir as tabelas mostram valores de P tabela 3 Fator de práticas contra erosão Fonte Wanielista 1978 tabela 4 Valores de P para alguns tipos de manejo do solo Fonte Righeto 1998 11 Considerações sobre a RuSlE É importante saber que a rUSLe foi feita para o controle da erosão em áreas de plantações mas nos últimos anos tem sido usada para outros tipos de erosão como áreas de florestas e mineração de superfície em estudos de bacias hidrográficas conforme Brooks et al 1997 apud LArrY MAY 2001 Além disso prevê uma média de perda de solo e não calcula a deposição de sedimentos mas avalia o potencial de perda de solo de uma da área ou bacia Ademais a deposição de solo não é levada em conta Mesmo assim usamos a rUSLe para estimar a deposição de solo Uma consideração importante sobre a aplicação da equação rUSLe é que a erosão é devido à energia da chuva e não se aplica ao movimento linear de erosão que são as voçorocas O método RUSLE considera a erosão superficial somente e não as voçorocas relembrando os fenômenos da erosão linear temos os sulcos as ravinas e as voçorocas Um exemplo de voçorocas ocorre na cidade de Bauru no estado de São Paulo as quais atingem 13m de profundidade e 30m de largura Outra situação são os sulcos desencadeados pelo pisoteio de gado que também causam grande erosão bem como as ravinas A rUSLe foi testada em inúmeros países para declividades de 1 até 20 e para montanhas jovens especialmente aquelas com declividade maior que 40 onde é maior a energia da chuva e é significante o movimento de massa não se aplica a rUSLe Outra observação da rUSLe é que se precisa de um mínimo de 20 anos de dados de chuvas e não uma única tormenta 2 aporte de sedimentos e assoreamento Quando a água está se movimentando rumo à saída de uma bacia hidrográfica ela passa sobre as rochas e os solos que formam ou revestem as vertentes e as calhas da rede de drenagem Os obstáculos que a água encontra determinam os caminhos que ela vai seguir e a velocidade que se deslocará propiciando que partículas sejam removidas e transportadas vertentes ou rio abaixo pelo fluxo líquido Embora eventuais o deslocamento dos sedimentos carregados pela água pode ocasionar a alteração do ciclo hidrológico e certamente afetar o uso a conservação e a gestão dos recursos hídricos transporte e deposição de sedimentos em leitos de cursos dágua são ações naturais que ocorrem de forma lenta e contínua porém esse processo está sendo acelerado pelo homem quando ocupa de forma desordenada e irresponsável as áreas próximas aos rios A falta de cuidados como o corte da vegetação o manejo inadequado do solo e a urbanização acelerada próxima aos rios são alguns dos fatores que trazem sérias consequências ao meio ambiente e ao homem ANA 2021 O aporte de sedimentos e o assoreamento dependem fundamentalmente de processos naturais que muitas vezes estão associados às ações antrópicas Dentre elas destacam se a estruturação geológica da rocha as condições climáticas o relevo a rede de drenagem as características hidráulicas dos 36 Física e Conservação do Solo e da água canais e o uso e ocupação dos solos entre outros esses fatores contribuem para a desagregação das rochas a formação de sedimentos e o consequente arraste destes ÁGUA e SOLO 2021 Figura 3 transporte de sedimentos Fonte Google imagens 2021 Produção de sedimentos A produção de sedimentos em uma bacia hidrográfica engloba dois conceitos básicos primeiro que haja disponibilidade de material suscetível de ser transportado e segundo que o escoamento tenha capacidade para transportar esse material As chuvas que desagregam os solos e as enxurradas que o transportam para os cursos dágua são os maiores responsáveis pelo transporte de sedimentos cArVALHO 1994 Os sedimentos causam três tipos de prejuízos no local de origem no trecho onde transitam e no local de sua deposição Os sedimentos que chegam ao curso dágua têm diversas granulometrias e sofrerão um processo de transporte diferenciado de acordo com as condições do local e do escoamento TRANSPORTE DE SEDIMENTO Classificação quanto às formas de transporte de sedimento a Arraste rolamento ou deslizamento sobre a superfície do leito sendo que as partículas estão em contato com o leito praticamente todo o tempo b Saltação elevação para dentro do escoamento e posterior retorno à superfície do leito c Suspensão elevação e suporte do sedimento pelo fluído envolvido durante todo o transporte Figura 4 transporte de sedimentos por um rio Fonte Righeto 1998 21 assoreamento É um processo de deposição de detritos argila silte areia eou cascalho que resulta da perda de capacidade de transporte de um fluxo pluvial de uma corrente fluvial e ainda devido à ocorrência de movimentos de massa O processo de assoreamento costuma ocorrer da seguinte forma com as chuvas o solo é lavado ou seja a sua camada superficial é removida e os sedimentos partículas de solo e rochas são transportados por escoamento em direção aos rios onde são depositados Quando não há obstáculos para esses sedimentos função geralmente exercida pela vegetação uma grande quantidade é depositada no fundo das redes de drenagem BrASiL eScOLA 2021 esse material depositado é levado pelo próprio rio e quando encontra locais mais planos onde a velocidade do curso dágua não é muito acelerada ele se deposita no fundo acumulando e eventualmente formando bancos de areia ao longo do curso dágua Quando a quantidade de sedimentos é muito grande e pesada eles são transportados por rolamento no fundo dos rios ou se acumulam no leito normal trazendo prejuízos ao escoamento fluvial BRASIL ESCOLA 2021 O assoreamento provoca o soterramento de nascentes canais fluviais lagoas açudes represas e ou áreas rebaixadas entre outros e ocorre quando se remove a vegetação principalmente a mata ciliar conforme ilustram as imagens a seguir Figura 5 esquema de uma área em condições normais com pouco ou nenhum assoreamento Fonte Esquema de uma área em condições normais com pouco ou nenhum assoreamento Disponível em httpbrasilescolauolcombrgeografia assoreamentorioshtm Acesso em 15 jan 2021 Figura 6 esquema de uma área em condições normais com pouco ou nenhum assoreamento Fonte Esquema de uma área assoreada com sedimentos sendo depositados no fundo do rio Disponível em httpbrasilescolauolcombrgeografia assoreamentorioshtm Acesso em 15 jan 2021 O assoreamento é um processo comum a jusante direção normal da água de obras de terraplenagem de obras 37 de drenagem e de áreas agrícolas em processo de erosão acelerada As áreas mais suscetíveis ao processo erosivo quando sob o uso intensivo ou inadequado tornamse grandes produtoras de sedimentos que promoverão o assoreamento dos corpos dágua Geralmente o assoreamento de canais fluviais e nascentes está associado aos seguintes processos 1 erosão em áreas aradas ou de obras de terraplenagem erosão no sistema de drenagens de ruas estradas vicinais ou mesmo pavimentadas 2 erosão de encosta ao longo de pastagem excessiva ou de caminho de gado em áreas de dessedentação rompimentos de sistema de curvas de nível e bacias de contenção escorregamento de encosta e entulhamento de canais O assoreamento de nascentes provoca o seu desaparecimento e diminui a disponibilidade dos recursos hídricos 22 Métodos para identificar e estimar assoreamento em cursos de água Os modelos de simulação como os modelos matemáticos de predição de erosão são ferramentas poderosas na pesquisa e nas práticas agrícolas pois aplicados em campo esses modelos auxiliam na determinação das práticas conservacionistas e de manejos mais indicados para os diferentes cenários de aplicação Se entretanto essas determinações usassem apenas resultados experimentais elas seriam seriamente limitadas tanto em termos de custos e de tempo como também pela imprevisibilidade da natureza Os modelos de erosão do solo são baseados em técnicas empíricas ou em processos Nos métodos empíricos como a USLE e RUSLE os fatores que influenciam a erosão do solo são medidos e então descritos por uma equação matemática em contraste os modelos baseados em processos descrevem a física do processo erosivo Modelos empíricos requerem medições prévias dos locais de interesse ou locais similares Modelos baseados em processos podem ser estendidos para locais sem medições com maior segurança GArciA 2001 No entanto a passagem dos modelos empíricos para os baseados em processos tem sido lenta e gradual devido à ausência de dados adequados para o desenvolvimento de relações e para a estimativa de parâmetros Além disso foram recentemente alcançados os requerimentos necessários para plena utilização desses modelos como a facilidade de uso as velocidades aceitáveis de processamento a aplicabilidade a diferentes condições a robustez e a precisão isso vem ocorrendo pela disponibilidade de computadores mais eficientes e pelo desenvolvimento de programas ambiciosos de modelagem GArciA 2001 MUSLE Modification Universal Soil Loss Equation A MUSLE é uma modificação da Equação Universal de Perda de Solos USLe ou rUSLe Para eventos chuvosos isolados substituise o fator r da USLe por um fator de volume de escoamento superficial e vazão de pico do hidrograma de cheia resultando em uma nova forma à equação K LS C P a Qs Qp Y b em que Y produção de sedimentos na bacia devido à uma chuva individual em tha Qs volume de escoamento superficial em m3 Qp vazão de pico do escoamento superficial em m3s K LS c P fatores da USLe a b coeficientes calibrados pela bacia Na MUSLE original os coeficientes da equação 1 no Sistema internacional são a 118 e b 056 WiLLiAMS 1975 WEPP Water Erosion Prediction Project O modelo WePP representa a última geração de modelos baseados em processos Visando substituir a USLe a médio prazo nos estados Unidos esse modelo foi o resultado de um esforço multidisciplinar envolvendo pesquisadores de várias agências e universidades americanas O modelo WePP se baseia nos fundamentos das teorias de infiltração física do solo fitotecnia hidráulica e mecânica da erosão Proporciona várias vantagens sobre outras tecnologias de previsão de erosão como a capacidade de estimar as distribuições espacial e temporal da perda de solo e deposição e perda de solo líquida na vertente ou em cada ponto dela tanto em nível diário quanto mensal ou anual Processos considerados por esse modelo incluem a geração estocástica de precipitação o escoamento superficial a evapotranspiração a percolação o crescimento de plantas a decomposição de restos de colheita entre outros LANe NeAriNG 1989 Além da opção de simulação contínua o modelo pode também ser usado na opção evento a evento A modelagem da erosão está na maior parte dos processos orientada e baseada no modelo WePP esse modelo não somente prediz taxas de erosão do solo mas também a liberação de sedimentos O Forest Service Research tem validado com sucesso o modelo WePP para grande número de condições de estradas florestais O modelo WePP pode ser dividido conceitualmente em seis componentes geração de clima hidrologia crescimento de plantas solos erosãodeposição e irrigação opcional Chegamos ao final de nossa aula vamos retomar algumas discussões importantes retomando a aula 1 Equação Revisada Universal de Perda de Solo RUSLE com a aplicação dos conhecimentos adquiridos até aqui você será capaz de quantificar as perdas de solo de diferentes 38 Física e Conservação do Solo e da água áreas e assim entender que os modelos matemáticos de previsão de erosão quando devidamente aplicados são consideradas ferramentas altamente apropriadas para o estudo dos fatores intervenientes no processo erosivo bem como o direcionamento das decisões de gerenciamento do uso do solo Apesar das limitações no aspecto quantitativo quando utilizada para grandes áreas a aplicação da USLe permite identificar as perdas de solo decorrentes da ocupação atual além de possibilitar a simulação de cenários futuros 2 Aporte de sedimentos e assoreamento O termo produção de sedimento é empregado para se referir à quantidade de sedimentos removidos para fora da bacia hidrográfica Esse processo tem início com a desagregação das partículas do solo e rochas pela ação da precipitação então o sedimento é transportado pelo escoamento superficial e transferido das vertentes para a calha do rio onde passa por processos de deposição e erosão até chegar ao exutório da bacia hidrográfica Disponível em httpsbrasilescolauolcombr geografiaassoreamentorioshtm Vale a pena acessar Disponível em httpswwwyoutubecom watchvoa6rj9iAlo Disponível em httpswwwyoutubecom watchvVrn1BnbSB0g Disponível em httpswwwyoutubecom watchvlBrFacMfG8 Vale a pena assistir Disponível em httpswwwscielobrjsna6St83z hkKPMmFx6xGFgS36Hformatpdflangpt Vale a pena ler vale a pena Minhas anotações